(57)【要約】  この自動車部材の性能評価方法は：車両のうち評価対象である部材と前記部材の衝突試験を行う衝突試験機とを組み合わせたモジュールをモデル化した部分構造ＣＡＥモデルを用いて解析を行い、前記部分構造ＣＡＥモデルにおいて衝突性能評価パラメータの値を求める演算工程と；前記部分構造ＣＡＥモデルの境界条件を決定する演算工程と；前記部分構造ＣＡＥモデルの前記境界条件を基に、部材衝突試験機による試験条件を決定する演算工程と；前記部材衝突試験機の前記境界条件を基に、前記部材衝突試験機の実物と前記部材の実物とを用いて衝突試験を行う試験工程と；を備える。
2011016499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のうち評価対象である部材と前記部材の衝突試験を行う衝突試験機とを組み合わせたモジュールをモデル化した部分構造ＣＡＥモデルを用いて解析を行い、前記部分構造ＣＡＥモデルにおいて衝突性能評価パラメータの値を求める演算工程Ａと；
前記演算工程Ａにおける前記衝突性能評価パラメータの値を記憶する記憶工程Ｂと；
前記部分構造ＣＡＥモデルにおける前記衝突性能評価パラメータと予め取得したフルビークルＣＡＥモデルにおける前記衝突性能評価パラメータとを比較し、この差異が所定の範囲となるように前記部分構造ＣＡＥモデルの境界条件を決定する演算工程Ｃと；
前記演算工程Ｃにおいて求めた前記部分構造ＣＡＥモデルの前記境界条件を記憶する記憶工程Ｄと；
前記記憶工程Ｄにおいて記憶された前記部分構造ＣＡＥモデルの前記境界条件を基に、部分構造衝突試験機の境界条件を決定する演算工程Ｅと；
前記演算工程Ｅにより決定された前記部分構造衝突試験機の前記境界条件を記憶する記憶工程Ｆと；
前記、記憶工程Ｆにより記憶された前記部分構造衝突試験機の前記境界条件を基に、前記部分構造衝突試験機の実物と前記部材の実物とを用いて衝突試験を行う試験工程Ｇと；
を備えることを特徴とする自動車部材の性能評価方法。
【請求項２】
前記、評価対象である部材を、前記フルビークルＣＡＥモデルによる解析結果又はフルビークル衝突試験結果のうち少なくともいずれかの結果を用いて選定することを特徴とする請求項１に記載の自動車部材の性能評価方法。
【請求項３】
前記演算工程Ａにおいて、予め記憶工程Ｄに記憶された部分構造ＣＡＥモデルの境界条件を用いて、前記評価対象の部材とは異なる形状を有する部材について前記部分構造ＣＡＥモデルにより前記衝突性能評価パラメータの値を求め、この衝突性能評価パラメータの値が、所定の条件を満たすような部材の形状を決定し；
前記決定した形状からなる部材について、記憶工程Ｆにおいて記憶された前記境界条件を基に、前記部分構造衝突試験機による衝突試験を行う；
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車部材の性能評価方法。
【請求項４】
前記演算工程Ａにより求められる前記部分構造ＣＡＥモデルの前記性能評価パラメータが、変形モード、変形量、変形速度、変形エネルギーのうち少なくとも一つを含む、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の自動車部材の性能評価方法。
【請求項５】
前記部分構造衝突試験機は単数又は複数の支持点において前記部材を支持し、
前記演算工程Ｅにより決定される前記部分構造衝突試験機の境界条件が、前記部分構造の各支持点における回転自由度、併進自由度、変形抵抗、回転変形抵抗のうち、少なくとも一つを含む、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の自動車部材の性能評価方法。
【請求項６】
自動車部材の衝突性能の評価に用いられる衝突試験機であって、調査対象となる実物部材を支持する単数又は複数の支持点と；
前記実物部材に対して、回転自由度、併進自由度のうち少なくとも１つを付与する可動支持部と；
前記実物部材に対して、回転変形抵抗、併進変形抵抗のうち少なくとも１つを付与する抵抗付与部と；
前記実物部材を押圧する、荷重印加装置と；
を備えることを特徴とする衝突試験機。
【請求項７】
前記可動支持部が、回転軸を含み；
前記抵抗付与部が、前記回転軸に接続されたフライホイールを含む；
ことを特徴とする請求項６に記載の衝突試験機。
【請求項８】
前記回転軸がワンウェイクラッチを有することを特徴とする請求項７に記載の衝突試験機。
【請求項９】
前記試験工程Ｇにおいて、請求項６ないし８のいずれか一項に記載の衝突試験機を用いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の自動車部材の性能評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の開発設計の段階において行われる自動車部材の衝突性能評価方法及びこれに用いられる部材衝突試験機に関する。
本願は、２００９年８月４日に、日本に出願された特願２００９−１８１２０８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の開発設計の段階において、車体の衝突性能の評価は不可避であり、自動車メーカーでは試作車を作り上げてから衝突試験を実施し、目的とする衝突性能が確保されていることを確認したうえで量産に移行している。しかしながら、一部の部材の強度が足りなかった場合には、その部材の強度を上げる対策を施し、試作車を製作し直して再度衝突試験を実施しなければならなかった。このような工程では開発コストが嵩むのみならず多くの時間が必要となり、開発工程に多大な影響を及ぼす。【０００３】
この問題を解決するために、部材単位の衝突性能評価は従来から行われている。自動車の衝突性能に大きく影響する基本的な部材は過去の知見により知られており、例えば側面衝突の場合にはセンターピラーやサイドシルが最も重要な部材である。これらの部材を単体で、実際の車体に組み込まれた状態（フルビークル状態）と同様な条件で性能評価をすることができれば、試作車を再製作するコストや期間を節約できる。【０００４】
しかし、これらの部材を単体で、単純な３点曲げ試験などを行う場合、実際の車体に組み込まれた状態で衝突試験を行う場合と比べ、部材の支持方法及び周囲の部材から受ける影響を十分に反映できないため、実車採用の判断をするには評価精度が低いという問題があった。【０００５】
一方、自動車部材の衝突性能評価をコンピュータ上で行う手法も広く行われている。例えば特許文献１には衝突時におけるセンターピラーの座屈特性を、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）モデルを用いた動的陽解法によって行う手法が開示されている。フルビークル状態でのＣＡＥモデルによる解析は、性能評価を行う部材と他の部材との相互作用を精度良く評価できるため、衝突性能を評価するための有効な方法である。しかし、フルビークル状態での衝突シミュレーションは非常に高負荷であり、その実行には大きな計算機能力と、数日単位の計算時間を要するため、十分な回数の試行を行うのが困難である。また、計算時間を確保できたとしても、ＣＡＥモデルによる解析では、部材を製作する工程で発生する加工硬化、溶接時の熱的影響、材料の破断現象を正確に反映させることできない。このため、実車採用の判断をするにはフルビークルにおけるＣＡＥモデルによる解析であっても、十分に信頼性を確保できないという問題があった。【０００６】
上記した事情により、様々な技術が開発されているものの、依然として自動車部材の衝突性能評価を効率的かつ高精度で実施することは未だに困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８１９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した従来の問題点に鑑み、本発明の目的は、試作車によるフルビークル状態での衝突試験と同等の信頼性で、自動車部材の衝突性能を評価することができる自動車部材の衝突性能評価方法及びこれに用いられる部材衝突試験機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の各態様は以下を提供する。
（１）  本発明の一態様にかかる自動車部材構造の性能評価方法は：車両を構成する部材のうち、評価対象である部材と前記部材の衝突試験を行う衝突試験機とを組み合わせたモジュールをモデル化した部分構造ＣＡＥモデルを用いて解析を行い、前記部分構造ＣＡＥモデルにおいての衝突性能評価パラメータの値を求める演算工程Ａと；前記演算工程Ａにおける前記衝突性能評価パラメータの値を記憶する記憶工程Ｂと；前記部分構造ＣＡＥモデルにおける前記衝突性能評価パラメータと予め取得したフルビークルＣＡＥモデルにおける前記衝突性能評価パラメータとを比較し、この差異が所定の範囲となるように前記部分構造ＣＡＥモデルの境界条件を決定する演算工程Ｃと；前記演算工程Ｃにおいて求めた前記部分構造ＣＡＥモデルの前記境界条件を記憶する記憶工程Ｄと；前記記憶工程Ｄにおいて記憶された前記部分構造ＣＡＥモデルの前記境界条件を基に、実物の部材衝突試験機における設定条件を決定する演算工程Ｅと；前記演算工程Ｅにより決定された前記部材衝突試験機の前記設定条件を記憶する記憶工程Ｆと；前記、記憶工程Ｆにより記憶された前記設定条件を基に、前記部材衝突試験機の実物と前記部材の実物とを用いて衝突試験を行う試験工程Ｇと；を備える。
（２）  上記（１）の性能評価方法において、衝突性能評価を行う部材を、前記フルビークルＣＡＥモデルによる解析結果又はフルビークル衝突試験結果のうち少なくともいずれかの結果を用いて選定してもよい。
（３）  上記（１）または（２）の性能評価方法は、以下のように実施されても良い：前記演算工程Ａにおいて、予め記憶工程Ｄに記憶された部分構造ＣＡＥモデルの境界条件を用いて、前記部材とは異なる形状を有する部材について前記部分構造ＣＡＥモデルにより前記衝突性能評価パラメータの値を求め、この衝突性能評価パラメータの値が、所定の目標値を満たすような部材の形状を決定し；前記決定した形状を有する実物の部材について、記憶工程Ｆにおいて記憶された前記試験条件により、前記部材衝突試験機の実物による衝突試験を行う。
（４）  上記（１）ないし（３）のいずれか一つの性能評価方法は、以下のように実施されても良い：前記演算工程Ａにより求められる前記部分構造ＣＡＥモデルの前記性能評価パラメータが、変形モード、変形量、変形速度、変形エネルギーのうち少なくとも一つを含む。
（５）  上記（１）ないし（４）のいずれか一つの性能評価方法は、以下のように実施されても良い：前記部材衝突試験機は単数又は複数の支持点において部材を支持し、前記演算工程Ｅにより決定される前記部材衝突試験機の試験条件が、前記部材の各支持点における回転自由度、併進自由度、変形抵抗、回転変形抵抗のうち、少なくとも一つを含む。
（６）  本発明の一態様にかかる衝突試験機は、自動車部材の衝突性能の評価に用いられる。この衝突試験機は、調査対象となる部材を支持する単数又は複数の支持点と；前記部材に対して、回転自由度、併進自由度のうち少なくとも１つを付与する可動支持部と；前記部材に対して、回転変形抵抗、併進変形抵抗のうち少なくとも１つを付与する抵抗付与部と；前記実物部材を押圧する、荷重印加装置と；を備える。
（７）  上記（６）の衝突試験機において：前記可動支持部が、回転軸を含み；前記抵抗付与部が、前記回転軸に接続されたフライホイールを含んでもよい。
（８）  上記（７）の衝突試験機において：前記回転軸がワンウェイクラッチを有してもよい。
（９）  上記（１）ないし（５）のいずれか一つの性能評価方法において、上記（６）ないし（８）のいずれか一つのいずれかに記載の衝突試験機を用いてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
上記（１）の衝突性能評価方法においては、部分構造ＣＡＥモデルにおける前記衝突性能評価パラメータと、フルビークルＣＡＥモデルにおける前記衝突性能評価パラメータとの差異が所定の範囲となるように前記部分構造ＣＡＥモデルの境界条件を決定する。この工程によって、部分構造ＣＡＥモデルにおいても、フルビークルＣＡＥモデルと同様に、衝突時に周囲の部材から受ける影響を正確に反映することが可能となり、計算負荷の小さい部分構造ＣＡＥモデルによってフルビークルＣＡＥによる解析、及びフルビークル状態での実際の衝突試験とほぼ同一の精度で、効率的に部材の衝突性能を評価できる。上記（６）の衝突試験機は、支持点、可動支持部、抵抗付与部を備えることによって、衝突時に部材が受ける影響を精度良く再現でき、また、容易に試験条件を設定できる。この衝突試験機は、上記（１）の衝突性能評価方法に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる方法の流れを示すフロー図である。
【図２】自動車の骨格部材の構造を示す斜視図である。
【図３】上記実施形態にかかる部材衝突試験機の斜視図である。
【図４】上記部材衝突試験機の側面図である。
【図５】部分構造モデルＣＡＥ解析による境界条件の合わせ込み結果を示すグラフである。
【図６】部材衝突試験機の支持部における境界条件として３種類の異なる条件を用いて部分構造衝突をシミュレートした結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。本実施形態は自動車部材の性能を評価する技術的方法として実施でき、また、本実施形態を構成する各工程においては、コンピュータープログラム及びシステムを用いて実行する開発システムとしても実施できる。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態を実施する各工程を示すフロー図である。現行車のフルビークル衝突試験結果や、開発設計中の自動車のフルビークルＣＡＥ解析結果などのフルビークル情報は、既存の情報等を取得してデータベースに保存しておく。情報取得工程では、これらのフルビークル情報を、システムがデータベースから取得する。データベースは必須ではなく、技術者が適宜必要なフルビークル情報をシステムに入力することもできる。フルビークル情報には、自動車の複数の骨格部品について、衝突試験における変形情報（衝突性能評価パラメータ）の情報が含まれる。これらのフルビークル情報に基づいて、自動車の骨格を構成する部材（単数または複数の部材の集合体）の中から衝突性能に大きく影響する部材（重要部材）を選択する。
【００１４】
選択された部材は、本実施形態の方法に従って解析及び衝突性能評価の対象となる。経験則や外部情報に基づいて技術者が任意の部材を選択してもよいし、システムが自動的に部材を選択しても良い。例えば、自動車に含まれる複数の骨格部材について、フルビークルＣＡＥモデルによる解析結果又はフルビークル衝突試験結果のうち少なくともいずれかの結果を用いて、衝突試験時の自動車全体の変形に対するそれぞれの骨格部材の寄与度を算出し、最も寄与度の高い部材を選出する（部材選択工程）ことができる。例えば側面衝突については、図２に示すセンターピラー１やサイドシル２が車体に与える影響が大きいことが知られており、このような知見に基づいて部材を選択できる。本実施形態では評価を行う部材の一例としてセンターピラー１とサイドシル２との複合体を取り上げて説明する。
【００１５】
なお、この明細書において部材とは、加工単位上または材質上、単一の部品であってもよいし、上記の例のように複数の部材が溶接・接着・ボルト締め等の方法で組み合わされた複合体であってもよい。また、以降の記載において、上記部材が車両に組み込まれた状態（フルビークル状態）の衝突試験をフルビークル衝突試験と称する。また、フルビークル衝突試験のＣＡＥシミュレーションを、以下の記載ではフルビークル衝突シミュレーションと称する。これに対して、上記部材のみを衝突試験機（部材衝突試験機）に組み込んで行う衝突試験を、以下の記載では部材衝突試験と称する。また、この部材衝突試験のＣＡＥシミュレーションを部分構造衝突シミュレーションと称する。
【００１６】
衝突性能評価を行う部材を選定した後、部材と部材（例えばセンターピラー１とサイドシル２の複合体）の衝突試験を行うための部材衝突試験機を組み合わせたモジュールをＣＡＥ上で設計する（部分構造ＣＡＥモデル作成工程）。以降では本実施形態の方法に従って技術者が部分構造ＣＡＥモデルを作成する手順を説明する。なお、部分構造ＣＡＥモデルの作成は、予め入力した情報と目標パラメータに基づいてコンピュータシステムが自動的に実施することもできる。
【００１７】
部分構造ＣＡＥモデルは、部材と、これを支持する部材衝突試験機との複合体を有限要素法によってモデル化したものであり、部材衝突試験機による部材の衝突状態をシミュレートできる。部分構造ＣＡＥモデルにおいて使用する部材の情報として、この段階では、上述のデータベースに蓄積された既存のフルビークル情報に含まれる形状及び物性上のデータを用いる。
【００１８】
部分構造ＣＡＥモデルでは、実際に部材の衝突試験を行う部材衝突試験機の構造を自由に作成することができる。通常は後述の基本フレームを使用し、これに取替え可能な各種部品を取り付けることで様々な形状の部材に対応した、部材衝突試験機を作成できる。特殊な部材について衝突試験を行う場合、基本フレーム自体を製作し直しても良い。
【００１９】
図３及び図４は本実施形態に係る部材衝突試験機の説明図である。部材衝突試験機には基本的な構造として、部材を支持する支持冶具１０と、部材に加重を与える荷重印加装置３０が含まれる。図３、４の支持冶具１０及び荷重印加装置３０の具体的構造は、本実施形態の一実施例であって、センターピラー１とサイドシル２の部材衝突試験に特に適した形状に設計されている。本発明の部材衝突試験機および方法、プログラムはセンターピラーとサイドシルの衝突性能評価に限定されるものではなく、異なる種類の部材にも適応可能である。
【００２０】
支持冶具１０は、基本フレーム（水平ベース１１、垂直ベース１２及び傾斜ビーム１３）と、その基本フレームに取り付けられる複数の支持点１６、２４を備える。支持冶具１０は各支持点を通じて部材を可動的に支持する。各支持点における支持の態様は、部分衝突シミュレーションにおいて部材に与える境界条件の一部となる。各支持点の支持態様は以下に説明するように、回転自由度と、併進自由度と、それらに対応する回転変形抵抗と、併進変形抵抗とを組み合わせて決定される。各支持点は、単数または複数の可動支持部と抵抗付与部とを介して基本フレームに取り付けられる。この結果、各支持点は、特定の変形自由度と変形抵抗をもって部材を支持する。可動支持部として使用される具体的な部品としては、例えばシリンダ２５、スイングアーム２１、スライダー、回転軸２０等が例示できる。抵抗付与部として使用される具体的な部品としては、慣性抵抗を有するウェイトやフライホイール（回転変形抵抗）、粘性抵抗を有する油圧シリンダやエアシリンダ、バネ抵抗を有する金属スプリング、摩擦抵抗を有するブレーキ、塑性変形抵抗（曲げ変形抵抗）を有する抵抗体等が例示できる。このほか、上記可動支持部自体の重量やモーメントを調整することで慣性抵抗を付与することもできる。可動支持部及び抵抗付与部となる各部品の抵抗特性（粘性抵抗、バネ抵抗、摩擦抵抗、塑性変形抵抗）は、部品のスペック又は実際の測定値を通じて取得し、ＣＡＥシミュレーション上で再現する。各抵抗付与部の抵抗値は実機再現性を満たす範囲で変動可能である。この変動範囲内でＣＡＥモデル上でこの抵抗値を適切な値または範囲に設定し、部分衝突ＣＡＥモデル上の部材の変形特性と、フルビークル状態の部材の変形特性とを整合させる。
【００２１】
支持冶具の構造を決定するに際し、評価を行う部材と他の部材との接続態様、及び衝突形態などを考慮して、必要な支持冶具の支点数と各支点の位置を設定し、その支持点において使用するべき可動支持部及び抵抗付与部の組み合わせを設定する。これらの設定時には、支持冶具と荷重印加装置全体が実際に作成可能であり、衝撃試験の加重に耐え、試験時に十分な安全性を有するように部品を組み合わせる。このように、全支持点について可動支持部、抵抗付与部を設定する。また、部材が受ける衝突の衝撃を模擬するよう、荷重印加装置３０の重量、衝突初速、衝突部位の形状、衝突方向等を仮設計する。そして、部材を組み合わせた支持冶具、これに支持される部材、及び荷重印加装置の３者を含む複合体（モジュール）をＣＡＥでモデル化する。この段階で、部分構造ＣＡＥモデルの初期形状が作成される。このとき、各支持点が部材に与える境界条件が仮に決定される。
【００２２】
荷重印加装置としては、高出力の油圧シリンダによって打ち出される打撃台車（インパクター）や、重力落下によって速度とエネルギーを得る装置を用いることができる。図３に例示する荷重印加装置３０は、油圧シリンダ式の打撃台車である。
【００２３】
次に、作成された部分構造ＣＡＥモデルを用いて部材衝突シミュレーションを行う。この部材衝突シミュレーションでは、ＣＡＥモデル中の荷重印加装置３０を動作させ、部材に衝突させる。本シミュレーションにより、部材の変形特性を、後述する評価指標（衝突性能評価パラメータ）に基づいて定量的に行うことができ、フルビークル衝突シミュレーションにおける評価指標の値と比較される。この比較結果に応じて、部材シミュレーションとフルビークルシミュレーションの間の対応する評価指標値の差異が可能な限り小さくなるよう、更に部材衝突試験機の構成を調整する。調整手段として、可動支持部及び抵抗付与部の追加・削除、置換と、各抵抗付与部の付与する抵抗値の再調整等を行う。
【００２４】
部分構造ＣＡＥモデルによるシミュレーションにおいて、部材衝突試験機による部材の変形特性を求め、これが、フルビークルＣＡＥモデルによるシミュレーション結果に対し、所定の条件を満たすように、部分構造ＣＡＥモデルにおける部材衝突試験機の境界条件を決定する。この変形特性の一致の程度を定量的に評価するために、部材の変形特性を代表する評価指標（衝突性能評価パラメータ）を一つ又は複数選定し、シミュレーションを行う度にこれらの評価指標の値を算出する（演算工程Ａ）。算出された評価指標の値は、システムに記憶される。（記憶工程Ｂ）
【００２５】
変形特性の評価指標としては、例えば変形モードの分布（主に部品の塑性に関わる）、変形量（主に部品の強度と衝撃の大きさに関わる）、特定位置での断面力、変形速度（主に部品の強度と衝撃の大きさに関わる）、変形エネルギー（主に衝撃の強さと塑性変形に関わる）等から適宜選択した一つ又は複数の指標を用いることができる。これらの指標値が、フルビークル衝突シミュレーションと部材衝突シミュレーションとで可能な限り精度よく一致するように、部材衝突試験機のＣＡＥ上の調整と部材衝突シミュレーションとを繰り返す（演算工程Ｃ）。
【００２６】
なお、フルビークル衝突試験における部材の変形モード、変形量、変形速度、変形エネルギー等は、システムが取得したフルビークル情報を解析して取得できる。フルビークル衝突シミュレーションと部材衝突シミュレーションの結果を比較し、変形特性の全指標の値が一定の許容可能な偏差内で一致したときに、部分構造ＣＡＥモデルの調整が完了する。予め設定された指標が一致するまでシステムが自動的にシミュレーションを繰り返し、各ループで異なる部品構成の組み合わせや抵抗値を試行する形で調整を行ってもよいし、システムの補助の下に技術者がモデルの変更を手動で行っても良い。
【００２７】
上記の過程を経て、部分衝突ＣＡＥモデル上での衝突試験機による部材の変形特性がフルビークルＣＡＥモデル上での衝突試験の変形特性と一致するよう、部分構造ＣＡＥモデルの境界条件を決定でき、この境界条件はシステムに記憶される（記憶工程Ｄ）。
システムに記憶された境界条件は、後に行う実機の衝突試験において、部材衝突試験機の試験条件として用いられる。
【００２８】
次の部材形状の最適化工程は、必要な場合のみ実施される。記憶工程Ｄで記憶された部分構造ＣＡＥモデルを用いて、部材形状の改良・最適化を行う。この最適化時には、衝突時の変形特性のみならず、軽量化の観点やコストダウンの観点からも部材を改良できる。具体的には、部分構造ＣＡＥモデル上で、部材衝突試験機の設定を固定したまま、部材の形状を変化させる。形状を変化させた部材に対して、ＣＡＥ部品衝突シミュレーションを行い、衝突性能評価パラメータを求め、当該衝突性能評価パラメータの値が、所定の目標値を満たすように部材の形状を決定する。このようにして決定された部材の形状は、実車搭載可能であることがモデル上で担保されるとともに、重量面、コスト面でも最適化されたものとなる。
【００２９】
次に、実機での部材衝突試験工程について説明する。この工程では、上記のように決定された部分構造ＣＡＥモデルにおける部材衝突試験機と同様の性能をもつ部材衝突試験機を用い、部材の衝突試験を行う。部材衝突試験機は、部材を支持する複数の支持点と；部材に対して、回転自由度、併進自由度のうち少なくとも１つを付与する可動支持部と；実物部材に対して、回転変形抵抗、併進変形抵抗のうち少なくとも１つを付与する抵抗付与部と；実物部材を押圧する、荷重印加装置と；を備える。部材衝突試験機の設定として、部分構造ＣＡＥモデルにより決定された支持点を、可動支持部と抵抗付与部を介して実機の基本フレームに取り付ける。ブレーキ圧力など抵抗付与部の抵抗値が可変の構造の場合は、この可変抵抗値も部分構造ＣＡＥモデルによる解析結果に基づいて設定する。同時に、荷重印加装置３０の構成・設定も、部分構造ＣＡＥモデルによる解析結果に基いて設定する。具体的には、例えば打撃台車の部材に対する位置と射出方位を、部分構造ＣＡＥモデルによる状態と一致するよう調整する。また、打撃台車の射出用の油圧シリンダの圧力を適切に設定することで、ＣＡＥモデル上のシミュレーションと同じインパクターの初速が再現されるようにする。
【００３０】
衝突試験機実機の設定においては、部材衝突試験機の実機の各支持点が部材を支持する際に、部材が受ける回転抵抗・併進抵抗などの支持態様を、部分構造ＣＡＥモデル上で決定されている条件と一致させることが必要である。記憶工程Ｄにおいて記憶された部分構造ＣＡＥモデルにおける境界条件を基に、部材衝突試験機の試験条件を決定する（演算工程Ｅ）。部分衝突ＣＡＥモデル上の部材衝突試験機と実機での部材衝突試験機は基本的に同一の仕様であるため、部分衝突ＣＡＥモデルにおいて決定された境界条件は、実機での部材衝突試験機における試験条件としてそのまま使用することができるが、試験装置の構成上、境界条件をそのまま試験条件とした場合、部分構造ＣＡＥモデルにおいて確認された部材試験機の能力が発揮できない場合もある。その際には、目標とする衝突試験機の能力となるよう、部材衝突試験機の試験条件を調整してもよい。この演算工程Ｅにより決定される部材衝突試験機の試験条件は、部材の各支持点における回転自由度、併進自由度、変形抵抗、回転変形抵抗のうち、少なくとも一つを含む。決定された試験条件は、システムに記憶される（記憶工程Ｆ）。
【００３１】
以上のようにして支持点の条件が調整（合わせ込み）された部材衝突試験機に部材を支持させ、実際に部材の衝突試験を行う。部分構造ＣＡＥモデルによる解析結果から求めた部材衝突試験機の試験条件は、記憶工程Ｆにおいて記憶されており、この情報を基に部材衝突試験機により部材の衝突試験を行う（試験工程Ｇ）。これによって部材の衝突性能を、試作車によるフルビークル状態での衝突試験と同等の信頼性で評価することができる。
【００３２】
このように本発明によれば、試作車によるフルビークル状態での衝突試験と同等に、自動車部品の衝突性能を信頼性高く評価することができるので、飛躍的に多数の衝突試験を安価に行うことができる。この結果、最終段階における予期せぬ開発コストや開発工程の増加を防止することができる。
【００３３】
なお、本発明の各実施形態に係る自動車部品の衝突性能評価方法の機能を実現するためのコンピュータープログラムを作成してもよい。このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。上記プログラムをコンピュータシステムで実行することにより、各機能を実施してもよい。
なお、上記コンピュータシステムは、オペレーションシステムや、実行に必要なハードウェアを含む。また、上記記録媒体は、磁気ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等を含む。
（実施例）
【００３４】
以下、本発明の実施形態にかかる方法の一実施例を示す。本実施例では、側面衝突におけるセンターピラー１及びサイドシル２の変形を解析とした。この解析に適する部分構造ＣＡＥモデルの作成と調整、部材衝突試験のシミュレーション、及び実機での部材衝突試験機を行った。
フルビークル情報としては、既存のフルビークルＣＡＥシミュレーションの結果を取得して、衝突時のセンターピラー１及びサイドシル２の変形特性を解析した。境界条件の決定に用いるセンターピラー１の変形特性の指標としては、センターピラーの衝撃方向に沿った最大変移量Ｌと、変形後のセンターピラー全体のプロファイルを用いた。フルビークル衝突試験の前後のセンターピラーのプロファイルを図５に示す。このプロファイルを解析した結果、フルビークルＣＡＥシミュレーション前後のセンターピラーの最大変移量Ｌは２３４ｍｍであった。
【００３５】
上記評価指標を用いて、部分構造ＣＡＥモデル上で部材衝突試験機の設計を実施した。支持冶具１０の基本フレームは水平ベース１１とその後部に形成された垂直ベース１２とを備え、両者間には衝突試験の荷重に耐えることができるように、傾斜ビーム１３が配置されている。センターピラー１とサイドシル２の複合体を支持する支持点をセンターピラー１の上部に１箇所、下部のサイドシル２の左右に２箇所の計３箇所とし、各支持点には可動支持部として回転軸受１４、回転変形抵抗を模擬する抵抗付与部としてフライホイール１７等をＣＡＥモデル上で夫々配置した。
【００３６】
ここで、例えば慣性モーメントの大きなフライホイール１７を用いれば衝突試験時における下部の支持点１６の回転変形抵抗は大きくなり、慣性モーメントの小さなフライホイール１７を用いれば、下部の支持点１６の回転変形抵抗は小さくなる。フルビークル衝突時の選択部品の変形を最もよく模擬するよう、フライホイール１７の慣性モーメントを調整した。なお、この実施例では、このように支持点１６の回転変形抵抗を模擬する手段としてフライホイール１７のみを用いるのが最適と判断したが、場合によっては、補助的にブレーキを配置したり、所定量以上の変形を阻止するストッパを組み合わせることで、より適切な境界条件が得られることもある。
【００３７】
部分構造ＣＡＥ上で、更に以下の可動支持部を設計した。フルビークル衝突後におけるセンターピラー１の上下方向の変移量に鑑み、垂直ベース１２の上端部には、図４に示す軸２０を中心として揺動可能なスイングアーム２１（可動支持部）を配置した。スイングアーム２１の前端部には下部と同様に回転変形抵抗を模擬するためのフライホイール２２（抵抗付与部）を備えた回転軸２３を配置した。この回転軸２３の中央部にセンターピラー１の上端部を固定した。回転軸２３とフライホイール２２とが、上部の支持点２４を構成する。更に、スイングアーム２１に水平ベース１１から斜め上方に延びるシリンダ２５をＣＡＥモデル上で配置した。この構造はフルビークル衝突試験時においてセンターピラーが座屈する際に車体から受ける曲げ変更抵抗などを模擬する。フルビークル状態では、センターピラー１の上端部は下部のサイドシル２に比較して変形しやすい天井構造に支持されることとなるため、支持冶具のデザイン上、上記したスイングアーム２１と回転軸２３との組合わせを採用した。このデザインでは、下部の支持点１６については回転自由度とその回転変形抵抗、上部の支持点２４については、回転自由度とその回転変形抵抗、併進自由度とその変形抵抗を調節することができる。また、部分構造ＣＡＥモデル上の荷重印加装置３０は、支持冶具に支持されたセンターピラー１に対して側面衝突と同様の荷重を加える位置と角度に配置した。
【００３８】
部分構造ＣＡＥモデルの衝突シミュレーションでは、インパクターの質量を３５０ｋｇ、射出速度は２０ｋｍ／ｈとした。各支持点のフライホイールの重量を調整しながら、シミュレーションを繰り返し行った。
部分衝突シミュレーションの前半では、フライホイール１７，２２は一定方向に回転したが、衝突現象が終了する時間を過ぎても蓄えられた回転エネルギーによって更にサイドシルを捻り、全体の変形を増加させた。この結果、フルビークルＣＡＥ結果との乖離が大きくなった。そこでフライホイールから回転軸に対して特定方向のみの回転抵抗が伝達されるようにＣＡＥモデルを調整した。実機では、回転軸とフライホイールとの間にワンウェイクラッチを設けることによって、このモデルと同等の試験条件を実現できる。
【００３９】
本実施形態の方法によって調整が完了した部分構造ＣＡＥモデルによる部分構造衝突シミュレーションの結果を図５に示す。
フライホイールのモーメント等、支持冶具の各部構成を調整した結果、図５に示すように、シミュレーション後のセンターピラーの最大変移量Ｌが２２６ｍｍとなり目標偏差の範囲内になった。また、センターピラー全体のプロファイルもフルビークル状態と精度よく一致する形状となり、この段階でＣＡＥモデルの調整を完了した。
【００４０】
図６は、部材衝突試験機の支持部の境界条件合わせ込みの有無が、センターピラーの衝突時の変位に影響する様子を端的に示す部分構造ＣＡＥシミュレーションの結果である。この試験では、上記調整の完了した部分構造ＣＡＥモデルに対して、各フライホイールの回転モーメントのみを可変パラメータとして、このパラメータに３種の値を与えて衝突シミュレーションを行った。上述したように支持冶具は３点の支点を有し、それぞれがフライホイールを介してセンターピラーを支持している。これらのフライホイールの回転モーメントが可変パラメータである。図中矢印は加重付与の位置と方向を示す。
【００４１】
（条件１：回転固定）この条件では、３点の支点においてフライホイールが全く回転しないように固定された状態になる。
（条件２：フライホイール付）この条件では、３点の支点において、それぞれのフライホイールが調整によって決定された回転モーメントを有して、図６の紙面に平行な面内での回転を許容されている。各フライホイールのモーメント量は、フルビークル衝突の状態を最もよく近似するように設定されている。この条件２は、図５における、境界条件の決定後の部分構造ＣＡＥモデルと同じ条件である。
（条件３：回転自由）この条件では、各フライホイールの受け軸周りの回転モーメントが０である。センターピラーは、３点の支点において冶具に対して自由に回転できる。
【００４２】
図６には、センターピラーの衝突前の形状と、上記３条件での部分構造ＣＡＥ解析によって得られたセンターピラーの衝突後の形状とが示される。センターピラーの形状や衝突で印加される衝撃は、図５のシミュレーションと同じものである。図５に示されるフルビークルＣＡＥ解析の結果と最もよく一致するのは、明らかに条件２（フライホイール付）での結果である。
【００４３】
一方、条件１（回転固定）では、フルビークルＣＡＥ解析結果と比較して、衝突後の変位が車幅方向で最大３２％程度低く算出されている。この結果は、支持部での回転を完全に規制した冶具を用いた実験を行うと、変位量が極端に低く見積もられることを示している。
また、条件３（自由回転）では、フルビークルＣＡＥ解析結果と比較して、衝突後の変位が車幅方向で最大５１％程度過剰に算出されている。この条件３は、車体がセンターピラーに与える回転抵抗を無視した実験を模している。たとえば通常の３点曲げ試験では、各支持部において被検体部品の回転が規制されないため、この条件３に近い結果となることが予測される。
【００４４】
上記の結果から、センターピラーが車体から受ける回転抵抗が、衝突後のセンターピラー変位に重要な影響を与えることが明らかである。本実施形態の支持冶具を用いた試験では、フライホイールを用いて適切な回転抵抗を模擬した部材衝突試験機を行うことによって、従来の３点曲げ方式や完全固定式の冶具を用いた部材衝突試験と比較して、飛躍的に試験結果の精度を高めることができる。
【００４５】
次に、実機支持冶具への支持点取り付け作業を行った。
実機の各抵抗付与部として、下部の支持点１６用のフライホイール１７は、直径５００ｍｍ、厚さ１００ｍｍの略円板形で重量が約１５４ｋｇのものを用いた。上部の支持点２４用のフライホイール２２は、直径５００ｍｍ、厚さ３５ｍｍの略円板形で、重量が約５４ｋｇのものを用いた。両フライホイール１７、２２の軸受けにはワンウェイクラッチを装備し、実験後半では空転する方向に設定した。
シリンダ２５の併進抵抗は５０００ｋｇ重（４９ｋＮ）とした。インパクター質量は３５０ｋｇ、インパクター射出の初速度はＣＡＥシミュレーション上と同じ２０ｋｍ／ｈとなるよう、発射装置を設定した。
（試験１）
上記条件に従い、センターピラーの実物部材を用いて、部材衝突試験を実施した。センターピラーの実物の変形プロファイルと、ＣＡＥシミュレーション上の変形プロファイルとの間に、有意な差異が発見された。この差異の中心部分を試験実施後の実物のセンターピラー上で観察すると、センターピラーの長手方向中央部に、スポット破断が発見された。ＣＡＥシミュレーション上では、フルビークルＣＡＥモデルの衝突シミュレーションにおいても、部分衝突ＣＡＥモデルの衝突シミュレーションにおいても、この破断は再現されていなかった。
（試験２）
そこで、別に用意した新たなセンターピラーの前記破断に相当する箇所に、ＴＩＧ溶接を行って補強ビードを付設した。そしてＴＩＧ溶接後のセンターピラーを用いて、再度、実機上での部材衝突試験を実施した。この結果、ＴＩＧ溶接後のセンターピラーには、ＴＩＧ溶接部分にも、これ以外の部分にも、スポット破断が観察されなかった。
上記のＴＩＧ溶接補強後のセンターピラーをさらに３本制作し、これらを用いて実機部材衝突試験を３回行った。この結果、センターピラー実物の最大変形量Ｌは、３回試行の平均値で２３７ｍｍとなった。変形後のセンターピラープロファイルも、フルビークルおよび選択部材のＣＡＥ上の衝突試験結果と高精度で一致した。３回の試行のいずれでもスポット破断は観察されず、センターピラーのプロファイルも互いに略一致していた。このため、部材衝突試験機の実機を用いた試験が高い再現性を有することがわかった。
上記のように、本発明の方法の実施例として、部分衝突ＣＡＥモデルを作成し、ＣＡＥ上で境界条件の決定を行った上で、実機でこの境界条件を再現して部材衝突試験を行った。この結果、各変形評価指標においてフルビークルＣＡＥシミュレーションによる結果を高精度で再現することが可能となった。
また、フルビークル及び部材衝突のＣＡＥシミュレーションでは発生しなかった衝突時のスポット破断現象が、実機上の部材衝突試験を用いた時には発生した。つまり、フルビークルＣＡＥシミュレーション上および部分構造衝突ＣＡＥシミュレーション上では表面化していなかった部材の潜在的な問題点を、部分構造衝突試験を行うことによって顕在化させることができた。
この破断を回避するためにセンターピラー実物をＴＩＧ溶接によって補強したところ、部分衝突ＣＡＥシミュレーション上でのセンターピラーの変形特性と、補強後の実物部品を用いた部分衝突試験上の変形特性が一致した。
上記の実施例により、本実施形態の方法によると、これまでＣＡＥモデル上で再現することが難しかった破断現象等を実機上で容易に再現できることが判った。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の衝突性能評価方法においては、部材の変形特性を指標に調整された部分構造ＣＡＥモデルを用いて衝突シミュレーションを行うため、部分構造ＣＡＥモデルの境界条件が、フルビークルＣＡＥモデルにおいて、衝突時に他の部材から受ける力学的影響を正確に反映していることが担保される。従って、計算負荷の小さい部分構造ＣＡＥモデルを用いてもフルビークルＣＡＥやフルビークル衝突試験とほとんど同一の精度で、部材の衝突性能を評価できる。従って、開発コストや開発工程の増加を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  センターピラー
２  サイドシル
１０  本体
１１  水平ベース
１２  垂直ベース
１３  傾斜ビーム
１４  軸受
１６  下部の支持部
１７  フライホイール
２０  軸
２１  スイングアーム
２２  フライホイール
２３  回転軸
２４  上部の支持部
２５  シリンダ
３０  荷重印加装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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